Investigadores de la Universidad de Tokio han utilizado métodos computacionales y análisis de datos experimentales recientes para demostrar que las moléculas de agua toman dos estructuras distintas en estado líquido. El equipo investigó la dispersión de fotones de rayos X a través de muestras de agua y mostró una distribución bimodal oculta bajo el primer pico de difracción que resultó de arreglos tetraédricos y no tetraédricos de moléculas de agua. Este trabajo puede tener importantes implicaciones en toda la ciencia, pero especialmente con respecto a los sistemas vivos, como proteínas y estructuras celulares, que se ven fuertemente afectados por las moléculas de agua que los rodean.

Dada la ubicuidad del agua en nuestro planeta y el papel central que desempeña en toda la vida conocida, Puede ser difícil creer que quede algo por aprender sobre este fluido tan familiar. Una molécula simple formada por solo dos átomos de hidrógeno y un oxígeno; el agua aún esconde misterios fundamentales que quedan por desentrañar. Por ejemplo, el agua tiene puntos de fusión y ebullición inusualmente altos, e incluso se expande cuando se congela (a diferencia de la mayoría de los líquidos, qué contrato). Estas y otras propiedades inusuales lo hacen muy diferente de casi todos los demás líquidos, pero también permitir que exista la vida tal como la conocemos.

La rareza del agua se puede comprender mejor si se piensa en las interacciones únicas entre H ₂ O moléculas:el enlace de hidrógeno. El agua tiende a formar cuatro enlaces de hidrógeno con sus cuatro vecinos, lo que da lugar a arreglos tetraédricos de los vecinos. Tales arreglos pueden distorsionarse en gran medida bajo las fluctuaciones térmicas. Sin embargo, si la distorsión conduce a la coexistencia de distintos arreglos tetraédricos y no tetraédricos sigue siendo controvertido.

Ahora, Los científicos de la Universidad de Tokio han combinado simulaciones por computadora y el análisis de dispersión de datos experimentales para encontrar el "factor de estructura" del agua, la función matemática que representa las trayectorias de los rayos X dispersos cuando se dispersan los átomos de hidrógeno y oxígeno. El análisis mostró dos picos superpuestos ocultos en el primer pico de difracción del factor de estructura. Uno de estos picos correspondía a la distancia entre los átomos de oxígeno como en los líquidos ordinarios, mientras que el otro indicó una distancia mayor, como en un arreglo tetraédrico. "La combinación de nuevos métodos computacionales y el análisis de datos recientes de dispersión de rayos X nos permitió ver lo que no era visible en trabajos anteriores, "El primer autor del estudio, explica Rui Shi.

Este descubrimiento puede tener enormes implicaciones en muchos campos científicos. Conocer el orden estructural exacto del agua es fundamental para una comprensión completa de la biología molecular, química, e incluso muchas aplicaciones industriales. "Es muy satisfactorio poder desentrañar la estructura líquida de una sustancia tan fundamental, ", dice el autor principal Hajime Tanaka.